本文主要先容在激光焊接技術(shù)中對氣體的選擇對很多方面的影響，這些方面包括了激光光束相互作用，防護效率，焊珠性能，以及用來(lái)傳輸標準的氣體混合物和流量的設備。

目前競爭激烈的汽車(chē)市場(chǎng)中有著(zhù)對速度的急切需求。而從消費者方面來(lái)說(shuō)，他們更為關(guān)心的是馬力。然而，在制造業(yè)中，速度就是生產(chǎn)量和生產(chǎn)率的全部。美國汽車(chē)制造商們由于眾多的原因，包括了車(chē)身設計，認知品質(zhì)還有擁有本錢(qián)等，正在逐步失往其市場(chǎng)份額。

固然關(guān)于車(chē)身設計的討論并不在本文的考慮范圍內，然而，進(jìn)步質(zhì)量和生產(chǎn)率的策略卻是討論的重點(diǎn)。這兩者都能通過(guò)混合加工技術(shù)來(lái)實(shí)現，這項技術(shù)將激光焊接與傳統金屬極氣體電弧焊（GMAW）結合起來(lái)進(jìn)行焊接。

激光參數，比如波長(cháng)，光束質(zhì)量，光斑大小，功率密度，焦深，以及光束定位等等，對于成功進(jìn)行焊接都是十分關(guān)鍵的。其他參數還包括對GMAW能量源的常規補充和脈沖傳遞，GMAW金屬絲的定位，接觸的角度，以及金屬線(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)。此外，基底材料氧化物表面情況，對接處的設計，焊縫寬度以及保護氣體類(lèi)型和流量也給混合焊接工藝的質(zhì)量和性能帶來(lái)了影響。

下面將具體的先容氣體的選擇對很多方面的影響，這些方面包括了激光光束相互作用，防護效率，焊珠性能，以及用來(lái)傳輸標準的氣體混合物和流量的設備。

混合的激光加工技術(shù)將一個(gè)二級能源合并到焊接池區域?；旌霞庸ぜ夹g(shù)使得激光焊接的上風(fēng)得到具體化，這些上風(fēng)包括了焊接速度得到進(jìn)步，熱影響區域受到限制，焊接的接縫變窄同時(shí)具有精良的焊道外形。GMAW作為二次能源，它進(jìn)步了總體的加工能量效率，降低了裝備本錢(qián)的同時(shí)還進(jìn)步了焊接縫隙的能力，此外，它降低了冷卻速率，同時(shí)改善了鋁的能量耦合效率。

其次，盡管設備更加復雜，但是通過(guò)減小進(jìn)行焊接所需要的諧振腔的尺寸，GMAW的供能本錢(qián)就降低了，從而降低了整個(gè)機器的本錢(qián)。根據所要的結果可以決定GMAW焊絲進(jìn)給位置在激光光束之前或之后。利用拖尾式的GMAW焊絲進(jìn)給方式可以實(shí)現較高的焊接速度。GMAW焊絲被送進(jìn)激光產(chǎn)生的熔融焊池中，這樣熔融焊絲所需要加進(jìn)的二次能量就降低了。

此外，當填充焊絲到達尾部時(shí)，GMAW的電弧產(chǎn)生等離子體，蒸發(fā)了基底材料，從而在焊接池的前邊沿處產(chǎn)生了凹陷。在熔融的焊接池內的此凹陷降低了激光光束必須穿透的總深度，從而改善了穿透性能。

已有資料很好的證實(shí)了，從匙孔或者焊接區域排出的蒸汽粒子會(huì )導致激光光束的衰減（散射和吸收），從而降低與基底材料耦合的光束能量。1激光光束的散射和吸收降低了焊接的速度和深度。2膠層決定了粒子越大，衰減效應就越嚴重。

氦保護氣體帶來(lái)最小的均勻蒸汽粒子大小。這說(shuō)明了對CO2 或 YAG激光焊接來(lái)說(shuō)，純氦是控制粒子大小的最佳選擇。我們必須承認，氦氣與氬氣相比，確實(shí)有比較高的電離率和較低的等離子體形成電壓，但是它的分子重量較小。因此，氦保護氣需要較大的流速，以保證有效的將激光光束路徑上的金屬蒸汽排出。由于氦氣的單位本錢(qián)高于氬氣，因此，這就增加了焊接過(guò)程中均勻每英尺本錢(qián)。

為了優(yōu)化保護氣體以實(shí)現抑制等離子體，排出蒸汽粒子以及降低單位本錢(qián)，我們考慮使用高達 40-50%的氬氣混合氣體。比重越高，混合氣體所需要用來(lái)排出蒸汽粒子的流速就越小?；旌蠚怏w還在焊接池固化過(guò)程中提供了更長(cháng)時(shí)間的惰性氣氛，從而使焊接速度更大。它還降低了捕捉氣體的量，從而減輕了由于多孔性而帶來(lái)的報廢率。

其次，固化率的降低促進(jìn)了晶粒的生長(cháng)和內部應力的減輕，這就增加了疲憊強度。由于縱橫比（焊縫深度/寬度）較高和隨后的應力所產(chǎn)生的焊接裂縫都幾乎被清除了，這是由于GMAW填充金屬的加進(jìn)導致了焊接面寬度增加。

在混合氣體中，適當的添加少量的二氧化碳和/或氧氣，或將它們作為GMAW過(guò)程的二次保護氣體，能夠進(jìn)一步的進(jìn)步焊珠的性能。氦-氬混合氣體易于產(chǎn)生更高的電弧電壓，相應的得到的焊珠外形更寬，電弧穩定性也更高。

因此，可以加進(jìn)3-10%的二氧化碳來(lái)穩定傳遞和收縮電弧。在一些情況下，可以加進(jìn)1-5%的氧氣來(lái)實(shí)現優(yōu)質(zhì)的電弧穩定性，同時(shí)在焊接邊沿實(shí)現更好的連接（浸濕）。與二氧化碳混合氣體相比，氧氣由于電離率較低，熱導任性能較高，易于提供寬而淺的穿透分布。

針對所需質(zhì)量和生產(chǎn)率標準的混合氣體被終極確定以后，還需要考慮如何把它們經(jīng)濟的運送到使用地點(diǎn)。用戶(hù)可以通過(guò)在生產(chǎn)現場(chǎng)混合這些保護氣體，利用低本錢(qián)的液態(tài)氬供給方式。為什么不用支付預混高壓氦氣筒的價(jià)格來(lái)支付氬氣，二氧化碳或者氧氣呢？

氬氣可以通過(guò)液態(tài)氬瓶來(lái)經(jīng)濟的運送, 滿(mǎn)足高達35,000立方英尺的月消耗，該數目相當于每月的混合氣體用量為87,500立方英尺。氬氣的月消耗量更大的話(huà)可以使用批量供給來(lái)實(shí)現本錢(qián)水平的優(yōu)化。分析中還需要考慮到填充損耗，每月設備費，成批供給的合同限制，以及運費等等因素。

另一方面，氦氣一般是通過(guò)高壓Tube Trailer或者鋼瓶組來(lái)供給的?，F場(chǎng)的混合需要一個(gè)混合系統，它能夠正確的調節從0-100%的微小成分?？偟馁|(zhì)量系統可以通過(guò)在混合器的出口放置一個(gè)分析儀來(lái)實(shí)現監控，一旦混合比超出誤差范圍，就會(huì )報警。已有軟件和報警系統可以將這種信息傳至桌面電腦，或者通過(guò)傳真或電子郵件送至更遠的地方。

公道設計的混合激光氣體傳送系統使用戶(hù)能夠實(shí)現更高的焊接速度，相應的得到更高的生產(chǎn)率。關(guān)注保護氣體的參數，如類(lèi)型，流量，與沖擊角度，將進(jìn)步焊接質(zhì)量，降低光束吸收和散射效果。

不斷發(fā)展輔助焊接技術(shù)，將一些方法如GMAW和激光技術(shù)相結合，使得用戶(hù)能夠發(fā)揮出兩項技術(shù)的上風(fēng)，并且從中受益。